4.5. Proses Tanımlama
Şekil 4. 3. Hızlı katılaşma ile işleme prosesinin şematik görünümü [49]
Hızlı işleme prosesi ile işleme Şekil 4.3’de şematik olarak resimlendirilmiştir. Başlangıçta bir parçanın CAD modeliyle eksiklikleri ayarlanmıştır. Stereografi (veya sert modellerin üretimi için diğer herhangi metotlar tarafından bir ana model üretilir. Daha sonra ısıl işlemle kalıp dökülür. Bu kalıp daha sonra RSP makinesine yerleştirilir ve ergimiş metallerle püskürtme işlemi yapılır. Püskürtülmüş parçalar daha sonra kalıbın içersine uygun olarak ayarlanır.
Bu proses Ohio da işleme uygulamaları için dünya çapında ticari amaçlı olarak seçkin bir lisansa sahip olmuştur. Bu olayı yapmak için beta makineleri üretilmiştir. Beta makinesi Şekil 4.4’de şematik olarak resimlendirilmiştir ve bu makineler sayesinde 4inc-7inc kalınlıklarında parçalar üretilebilir. Bu ölçü boyutlarına sahip çok sayıda parça vardır ve bunların üretiminde bu yöntemlerin kullanılması ile maliyetten büyük bir kazanç sağlanmıştır [49].
Şekil 4. 4. RSP Beta işleme makinesi [49]
Kalıpların CAD modelleri bitirilmiş ve daha sonra modelleme işlemine başlanmıştır. Şekil 4.5’de kalıbın biten bir modeli ile RSP tarafından üretilmiş bir kalıp gösterilmektedir.
Şekil 4. 5. Kalıpların CAD modelleri ve RSP ile işlenmiş kalıp [49]
4.6. RSP İşlemelerinin Çalışma Prosesleri
RSP işlemelerde sprey form teknolojileri kullanılarak kalıp üretimleri için uygun hale getirilmiştir. Tek bir adımda proses süresince net şekilli malzemeler RSP de birleştirilmiştir. Bu uygulama için CAD tarafından modeli çizilerek stereografi gibi
47
uygun bir hızlı prototip teknolojisi kullanılarak işlenmiş modelin döndürülmesi gereklidir. Bu olayı daha sonra model üzerine sprey tarafından uygulanan parçalarının kalın olarak biriktirilmesi izler ve böylece istenilen veya arzu edilen şekil de elde edilmiş olur. Daha sonra modelden ayrılan metal bloklar oda sıcaklığında soğutulur ve uygun olan bir ortamda beklemeye alınır. Bu dönüşümde yaklaşık 5 güne ihtiyaç vardır ve diğer işleme yöntemlerine göre önemli bir azalma söz konusudur [49].
Bu proses üç boyutlu bir model şekli üzerine ergimiş metal püskürtülmesi ve kalıbın içersinin tamamen doldurulması esasını gerektirir. Bu hızlı katılaşma süreci, geleneksel metotlarda üretim adımlarının çoğunluğunu saf dışı etmektedir. Model üzerine erimiş metalin küçücük damlacıklarını püskürtülür. Damlacıkların yüzey alanı büyüktür ve saniye başına 100-100,000 derece arasında soğuma gösterir. Bu kadar hızlı soğuma oranı, alaşımın olağandışı yararlı karakteristikleriyle sonuçlanır. Bu olay sayesinde çok yararlı mikroyapılar meydana gelir. RSP ile üretilen kalıplar işleme ile üretilen kalıplara göre %20 daha uzun ömre sahiptirler. Bir sıvı bileşiminin hızlı katılaşması sonucunda, dropletler veya sıvı çamur katılaşarak model parçası kaplanır. Bu sıvı çamurlar model üzerine çarpar ve dropletlerin birbirine bağlanmasını sağlar. Püskürtme modellerin üzerine biriktikten sonra model çıkartılır ve bu birikimler temel standart kalıplara uygun ayarlanır. Prototip gelişiminde, dizayn edilen kalıplar başlangıçta birkaç gün test edilir. Kalıplar için değişiklikler pahalı olmadan ve çabuk bir şekilde birleştirilir. Eğer testler memnun edici ise başka adımlar eklenmeksizin doğrudan üretime geçilebilir [49].
4.7. RSP İle İşlemenin Yararları
Bilgisayarda katı modeller yapıldıktan sonra birkaç gün içersinde RSP işlemeleri ile parçalar üretilebilir. Bu prosesin avantajları;
a) Gerekli olan çok küçük boşluklara püskürtme yapılabilir veya işlem sonu makine kullanımı, parlatma veya kazıyarak oyma işlemlerine ihtiyaç yoktur.
b) Genellikle işlemelerde alaşımlar kullanılmıştır ve özel çelik malzemelerininde testi iyi sonuçlar vermiştir
c) Üretim süreci diğer prosesler ile üretim zamanına göre çok daha azdır.
d) Standart makinelerle ileri düzeyde parçaların ömrü RPS prosesi ile üretilen parçaların ömründen %25 daha azdır.
e) Proses istenilen derecede tekrarlanabilir ve multi derecede boşluklar için ideal bir prosestir çünkü hızlı prototip adımlarına ihtiyaç yoktur. Bu prosesin kullanımında ki başlıca nedenlerden bir tanesi de çok fazla maliyet içermemesidir [49].
4.8. RSP Teknolojisi
RSP ile işleme tamamen püskürtme ile biçim verme teknolojisidir ve kalıpların üretimi için INEEL laboratuarında Dr.Kevin McHugh tarafından geliştirilmiş bir prosestir. Genel olarak CAD dosyası tarafından dizayn edilen kalıbın uygun hızlı prototip teknolojisi kullanılarak işlenmesi olayını kapsar. Model için seramik kullanılacak ise uygulanacak seramiğin atılabilir olması gerekmektedir. Ergimiş silika veya alümina da kullanılabilmektedir. Arzu edilen şekli elde edebilmek için seramik model üzerine kaplanacak malzeme sprey formu ile kalın olarak biriktirilir. Daha sonra modelden ayrılan yapı oda sıcaklığında soğuması beklenir. Bu birikimler istenilen kalınlığa 500-Ib/hr gibi çok yüksek hızlarda gerçekleştirilir [49].
Prototipler için kalıplar üretilmiştir ve bu kalıpların üretimindeki başka yöntemlerde kullanılmaktadır. Plastik enjeksiyonlu kalıplar, seramik kalıba döküm ve demir dövme prosesleri gibi.
Hızlı prototiplendirme de bir numaralı yaklaşım tamamen ticari uygulamalar içindir ve maliyet, üretimde doğruluk ve işlem sonu yüzey özellikleri de bu prosesin tercih sebeplerindendir.
Sprey ile biçim verme RSP işleme proseslerinin kalbidir. Yüksek hızlı gaz jetleri kullanılarak ergimiş dropletlerin atomize olarak çok küçük dropletler şeklinde
49
yayılması olayını kapsar. Model üzerinde seri olarak biriktirilen dropletler aerodinamik açıdan yüzeyde gerilim oluştururlar.
Dropletlerin ayrılma mesafesi, atomize edici gaz tipi, soğuması ve seramik parça modeli ve partikül boyutundaki değişimlere yüksek oranda bağlılık gösterir. Sonuç olarak, sıvının birleşmesi, katı ve seramik damlacık darbesi ve oluşan birikim formları bir arada uygun yapı oluşturması bu olaylarda önem arz etmektedir.
Birikimlerin yüksek soğuma hızı atomik difüzyonu engeller, bu yüzden metal dökümü için farklılık gözetmektedir ve metal ve seramik parça modellerinin erozif etkileşiminin etkisi engellenerek bu etkini en aza indirgenmesi sağlanmıştır [49].
BÖLÜM 5. ELEKTRİK ARK SPREY PROSESİ İLE ŞEKİLLİ
PARÇA ÜRETİMİ
5.1. Giriş
Ürün tasarımlarındaki hızlı değişikliklerle başa çıkabilmek için devamlı olarak ürün fiyatlarının azaltılması ve diğer bir yandan da rekabetçi ve kazançlı girişimlerde bulunulması gereklidir. Esnek üretim sistemlerinde olduğu gibi, ileri imalat teknolojilerinde yüksek maliyet gereksinimlerinden kaçınarak farklı üretimlerin yapılabilmesi mümkündür. Fakat yeni ürünler için parçalara şekil vererek dizayn ve üretim işlemlerindeki gelişimlerde fiyatları aşağıda tutmak oldukça zordur. Bu yüzden rekabetçi bir pazarda ürün geliştirmede zamanı ve fiyatı azaltmak için yeni teknolojiler gereklidir. Bu teknolojilerden bir tanesi de ark sprey teknolojisi kullanılarak şekilli parça üretimidir [50]. Günümüzde hızlı prototip kalıp üretiminde uygulanan bir çok yol vardır. Ark sprey ile şekil verme bu prosesler arasında en ekonomik olanıdır ve seri üretim yapılabilmesine imkan sağlayan bir proses olarak göze çarpar. Püskürtme ile şekil verme hızlı prototip kalıp üretimi arasında kendisine dolaylı ve sert işleme kademesi olarak yer bulmuştur. Püskürtme ile şekil verme işleminin hızlı işleme yöntemlerindeki yeri aşağıdaki Şekil 5.1’de gösterilmiştir.
51
Ark sprey ile metal işleme 1970’de gelişmeye başlamıştır. Bu proses kullanılmadan önce spreyle şekil işleminde çoğunlukla düşük ergime noktasına sahip sprey tabancalarından (alev sprey) faydalanılmıştır. Ark sprey bu proseslere nazaran daha iyi özellikler sunmaktadır. Ark sprey prosesinde alev spreye nazaran daha sert metaller kullanılır (bronzlar ve çelikler gibi). Diğer bir taraftan ark sprey prosesinin daha yüksek birikme oranı ve termal verimliliğe sahip olması da bu proses için yüksek avantaj sunar [51].
Ticari olarak kullanım için üretilen metal püskürtme ile şekil verme olayı günümüzde de halen devam etmektedir. Metal püskürtme ile işleme yeni olmamasına rağmen, hızlı prototip üretiminde kullanılabilir olması bu prosese olan ilgiyi daha da arttırmıştır [52, 53].
Son zamanlarda ark spreyle şekil verme, hızlı işleme alanlarında seri üretim ve geniş parçaların dökümü için önemli bir potansiyel oluşturmuştur. Ark spreyle şekil verme proseslerinde, ana bir altlık üzerine metal teller ergitilip püskürtülür ve kalın metal kabuklu bir yapı bu altlık üzerinde oluşturulmuş olur. Daha sonra bu yapının üstü uygun olan malzemelerle doldurulduktan sonra kalıplar ve parçalar kullanılabilir. Yüksek verimlilik, üretimin fazla zaman almaması ve düşük operasyon maliyetlerinden dolayı ark sprey ile şekil verme büyük bir avantaj sunmaktadır. Buna ek olarak da malzeme seçimi ve boyut sınırlamaları da ark spreyin diğer yararlı özelliklerindendir [54].
Ark sprey ile metal işleme hızlı bir üretim olması ve çeşitli üretim proseslerinin kullanılması ile kalıp üretimlerinde ticari olarak; vakumla biçimlendirme, polikarbonat, naylon, ABS, poliester, polipropilen içeren geniş malzeme grupları ve basınçlı kalıplar, enjeksiyon kalıpları ve kimyasal enjeksiyon kalıplarında uygulannabilir olması bu prosesin önemini ortaya koymaktadır [55].